Geometria della galleria

La geometria dell’infrastruttura utilizzata è la medesima della Simulazione 2 – Pool Fire, quindi la sezione del tunnel è la stessa della sezione della galleria “Colli Berici” mentre la lunghezza è ridotta a 100 m per ridurre il costo computazionale della simulazione.

Per la creazione della geometria del modello si sono utilizzati OBST parallelepipedi ai quali è stata associata la superficie calcestruzzo a tutte le sei facce che formano il singolo paral-lelepipedo, il fondo stradale è costituito da un elemento plate alla cui faccia superiore è stato allegato una superficie con il materiale asfalto e alle facce una superficie inerte, i marciapiedi a lato della sede stradale sono stati modellati con OBST parallelepipedi di larghezza 0,85 m con la faccia superiore a cui è stato associato il materiale calcestruzzo e le altre facce inerti. Tabella 6.1: Descrizione dei principali comandi utilizzati per la creazione della geometria.

Comando Applicazione associata Descrizione

OBST

Vengono definite le di-mensioni dell’oggetto mediante 2 terne di valori (x1, y1, z1; x2, y2, z2)

Creazione di elementi dotati di volume privi di proprietà fisiche ai quali vengono applicate delle superfici

SURF

calcestruzzo

Creazione di superfici di dato spessore che vengono richiamate in un OBST. Se le superfici vengono create per l’inserimento di un materiale è possibile creare più

layer.

inerte

Alla superficie vengono assegnate proprietà di inerte. Tale superficie non parteciperà alla combustione, né ai fenomeni legati alla trasmissione del calore

MATL calcestruzzo ^{Vengono definite le proprietà del materiale che verrà} associato ad una superficie

La galleria stradale è stata inoltre suddivisa in quattro sezioni denominate rispettivamente sezione 1, sezione 2, sezione 3 e sezione 4 (Figura 6.1), a loro volta; queste sezioni sono state poi suddivise in ulteriori tre sottosezioni (Figura 6.2) con piani paralleli al piano stradale (livello A, livello B e livello C) e tre sottosezioni con piani paralleli all’asse longitudinale della galleria (sezione L, sezione centrale e sezione R). La suddivisione riportata in Tabella 6.2 ha permesso il posizionamento dei DEVC per la registrazione dei parametri di interesse dello scenario e utili alla discussione dei risultati della simulazione. In corrispondenza dei piani di cui alla Tabella 6.2, sono stati registrati temperatura, pressione, frazione di massa dell’ani-dride carbonica, frazione di massa di soot e frazione di massa del monossido di carbonio.

Figura 6.1: Suddivisioni con piani trasversali per l’implementazione delle sezioni di controllo.

Figura 6.2: Suddivisione con piani paralleli al piano stradale per l’implementazione delle sezioni di controllo. Sezione 1 Sezione 4 Sezione 3 Sezione 2 Liv. A Liv. B Liv. C Sez. R Sez. L

Simulazione 3 – Incendio di un’autovettura Tabella 6.2: suddivisione del dominio per posizionamento della sonde per gli output.

Suddivisione trasversale (lungo y)

Sezione 1 Sezione 2 Sezione 3 Sezione 4

0,0 m dalla sorgente -15,0 m dalla sorgente -30,0 m dalla sorgente -45,0 m dalla sorgente

Suddivisione longitudinale (piani paralleli a piano stradale, lungo z)

Livello A Livello B Livello C

1,8 m dal piano stradale 4,0 m dal piano stradale 6,0 metri dal piano stradale

Suddivisione longitudinale (piani paralleli all’asse longitudinale, lungo x)

Sezione L Sezione centrale Sezione R

-3,5 m dalla sorgente 0,0 m dalla sorgente + 3,5 m dalla sorgente

6.1.2 Meshing

Il dominio di calcolo inoltre, è stato suddiviso in tre regioni per differenziare la dimensione della maglia della mesh: si è adottata una dimensione dei celle elementari di 0,30 m per la parte centrale della galleria, dove è posizionata la sorgente, e di 0,60 m per la parte iniziale e finale della galleria. Questa suddivisione ha permesso di ridurre il costo computazionale della simulazione e renderlo congruente alla potenza di calcolo disponibile per le simula-zioni.

6.2.3 Sorgente di incendio

Il termine sorgente (automobile) è stato modellato in accordo ad alcune ipotesi. Queste per ovviare alla complessità della miscela combustibile che costituisce un’automobile.

Come prima cosa, è stata inserita un’entità di tipo OBST di dimensioni 1,80 m di larghezza, 4,50 m di lunghezza e 1,50 di altezza a rappresentazione delle dimensioni di un autoveicolo medio. Successivamente è stata definita in FDS una miscela combustibile con avente den-sità, calore specifico, emissività e conducibilità termica ottenute da una media ponderata e basata su una composizione media dei materiali che costituiscono una comune automobile (Tabella 6.1). Tali proprietà sono state assegnate alle facce superiori e laterali dell’oggetto corrispondente all’automobile.

Tabella 6.3: Composizione tipica dei materiali di un autoveicolo. Componente ^Densità [kg/m3] Calore specifico [kJ/kg*K] Conduttività [W/m*K] Emissività [-] Massa [kg] Acciaio 7700,00 0,50 52,00 0,60 696,00 Ghisa 7300,00 0,44 50,00 0,81 132,00 Vetro 2400,00 0,84 0,04 0,89 48,00 Tessili 100,00 1,00 0,1 0,87 24,00 Elastomeri 910,00 1,88 0,13 0,95 70,80 Plastiche 900,00 1,90 0,16 0,87 205,20 Schiume insono-rizzanti ^{40,00 1,00 0,05 0,87 24,00} MIX PESATO 5575,39 0,84 35,69 0,71 1200,00

A partire dalla densità del materiale ottenuto, dalla superfice totale dell’oggetto CAR (laterale e superiore) e dalla massa del prototipo è stato ricavato lo spessore della superficie da assegnare all’oggetto tramite la formula:

𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟𝑒 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡à ∙ 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒⁄ [6.1]

Oltre alla modellazione dell’oggetto automobile, da inserire alla mezzeria della sezione tra-sversale e alla mezzeria della sezione longitudinale della galleria, è stata definita la chimica della combustione del termine sorgente.

L’approccio utilizzato è stato quello della stechiometria complessa con il quale si è reso necessario specificare la reazione di combustione, i reagenti e i prodotti (con i relativi coef-ficienti stechiometrici) dei singoli combustibili e per ognuno di essi valutarne il contributo alla generazione della potenza emessa dall’incendio in termini di flusso di massa unitario dell’i-esima specie combustibile. La massa di materiale combustibile che partecipa all’incendio è stata ottenuta da quella totale dell’automobile sottratta della massa dei componenti di ma-trice metallica (69%). La mama-trice combustibile è stata assunta composta dalle seguenti sot-tomatrici plastiche: poliuretano (PU), polivinilcloruro (PVC), poliestere (PE) e polipropilene (PP) (Tabella 6.5).

Per ognuna di queste specie è stata introdotta in FDS una reazione di combustione in aria definendo i prodotti di tale reazione con i relativi coefficienti stechiometrici di bilanciamento. Il termine sorgente è stato poi implementato tramite un comando di tipo VENT (ovvero una superficie priva di spessore) alla quale è stato associato per ogni specie combustibile un

Simulazione 3 – Incendio di un’autovettura L’andamento in funzione del tempo del flusso massivo è proporzionale alla curva di rilascio termico, proposta in Figura 6.3, in condizioni di free-burning (combustione in assenza di vincoli) di un automobile [15]. Ciò significa che la curva HRR e la curva di flusso massivo sono esattamente sovrapponibili in termini di andamento.

Figura 6.3: HRR tratta da SFPE Handbook [15] per automobile media in condizioni di free-burning.

Tabella 6.4: Composizione semplificata dell’automobile per modellazione termine sorgente.

Massa totale automobile prototipo [kg] 1200,00 100,00%

Massa metalli [kg] 828,00 69,00%

Massa plastiche [kg] 372,00 31,00%

Tabella 6.5: Ripartizione della massa della matrice plastica per il calcolo del Mass Flux Value (flusso di massa del combustibile).

Percentuale massa i-esima specie

sulla matrice plastica sulla massa totale

PP 43,50% 161,82 kg 13,49%

PU 22,50% 83,70 kg 6,98%

PE 18,50% 68,82 kg 5,74%

PVC 15,50% 57,66 kg 4,81%

Calori di combustione plastiche [kJ/kg]

PP 4340,00

PU 2620,00

PE 4120,00

HRR picco [kW]

4345,70 Area superficie sorgente [m2]

8,10

Mass flux value [kg/m2 s]

PP 0,0166

PU 0,0142

PE 0,0074

Simulazione 3 – Incendio di un’autovettura